editorial
Editora Saber Ltda.
Diretor
Hélio Fittipaldi
Associada da:
Associação Nacional das Editoras de Publicações Técnicas, Dirigidas e Especializadas
Atendimento ao Leitor: [email protected]
Os artigos assinados são de exclusiva responsabilidade de seus autores. É vedada a reprodução total ou parcial dos textos e ilustrações desta Revista, bem como a industrialização e/ou comercialização dos aparelhos ou ideias oriundas dos textos mencionados, sob pena de sanções legais. As consultas técnicas referentes aos artigos da Revista deverão ser feitas exclu-sivamente por cartas, ou e-mail (A/C do Departamento Técnico). São tomados todos os cuidados razoáveis na preparação do conteúdo desta Revista, mas não assumimos a responsabilidade legal por eventuais erros, principalmente nas montagens, pois tratam-se de projetos experimentais. Tampouco assumimos a responsabilidade por danos resultantes de imperícia do montador. Caso haja enganos em texto ou desenho, será publicada errata na primeira oportunidade. Preços e dados publicados em anúncios são por nós aceitos de boa fé, como corretos na data do fechamento da edição. Não assumimos a responsabilidade por alterações nos preços e na disponibilidade dos produtos ocorridas após o fechamento.
Editor e Diretor Responsável
Hélio Fittipaldi Conselho Editorial João A. Zuffo Redação Rafaela Turiani Revisão Técnica Eutíquio Lopez Designers Carlos C. Tartaglioni, Diego M. Gomes Publicidade Caroline Ferreira, Marileide de Oliveira Colaboradores Alfonso Pérez, Arlete V. da Silva, Bill Messner, Dawn Tibury, Eutíquio Lopez, Guilherme K. Yamamoto, Gustavo L. Peixinho, Luís F. F. Bernabe, Mário M. B. Horta, Renan A. M. de Azevedo, Shuo Chen, Terry Groom, Tiago A. de Oliveira www.sabereletronica.com.br
Saber Eletrônica é uma publicação bimestral
da Editora Saber Ltda, ISSN 0101-6717. Redação, administração, publicidade e correspondência: Rua Jacinto José de Araújo, 315, Tatuapé, CEP 03087-020, São Paulo, SP, tel/fax (11) 2095-5333.
Capa
Arquivo Editora Saber - Imagem de estação de trabalho SMD meramente ilustrativa
Impressão
EGB Gráfica e Editora
Distribuição
Brasil: DINAP
Portugal: Logista Portugal tel.: 121-9267 800 ASSINATURAS
www.sabereletronica.com.br
fone: (11) 2095-5335 / fax: (11) 2098-3366 atendimento das 8:30 às 17:30h
Edições anteriores (mediante disponibilidade de
estoque), solicite pelo site ou pelo tel. 2095-5330, ao preço da última edição em banca.
twitter.com/editora_saber
Submissões de Artigos
Artigos de nossos leitores, parceiros e especialistas do setor serão bem-vindos em nossa revista. Vamos analisar cada apresentação e determinar a sua aptidão para a publicação na Revista Saber Eletrônica. Iremos trabalhar com afinco em cada etapa do processo de submissão para assegurar um fluxo de trabalho flexível e a melhor apresentação dos artigos aceitos em versão impressa e online.
Reindustrialização
Passamos por tempos difíceis nos últimos anos em
vários países e no Brasil devido à grande virada nas
rela-ções comerciais, tendo como protagonista a China. Além
disso, o que impactou muito foi a ascensão acelerada das
novas tecnologias impulsionadas pela informática e
tele-comunicações.
A partir de 2008 a crise americana agravou a situação
de diversos países afetando muito a Europa, e tivemos
o aparecimento dos BRICs no cenário internacional como as novas locomotivas
do mundo.
Na realidade brasileira, o que houve foi um encantamento com esta posição
inusi-tada e os nossos políticos não fizeram o que tinha de ser feito.
Há 25 anos a Constituição está para ser regulamentada, ou seja, precisa ser
con-cluída pelo Congresso Nacional e não fazem nada. Perdeu-se a melhor época para
se fazer as modificações necessárias para o Brasil moderno e em desenvolvimento
a partir do início dos anos 2000.
Mas, eis que surgem as manifestações de massa contra todo este estado de coisas,
mantido pelas velhas instituições e partidos políticos que não representam mais
os nossos anseios. Rapidamente temos mudanças ocorrendo no mundo que,
mesmo com esta situação descrita, nos deixa esperançosos que dias melhores
estão mais perto de serem atingidos, do que imaginamos.
A cotação do dólar, em relação ao real, tem subido e a desvalorização do nosso
dinheiro já possibilita aumentarmos as exportações de vários produtos, ao mesmo
tempo que deixamos de importar principalmente bens de consumo. A moeda
chinesa teve no último ano uma pequena valorização que, aliada aos aumentos
dos salários dos seus trabalhadores e à desvalorização do real possibilita melhor
competitividade para a produção brasileira.
Assim, estimulados pelas novas condições e por eventuais ajuda, do governo com
incentivos a determinados setores, promovemos, aos poucos, a reindustrialização.
É um processo muito lento, mas estamos a caminho. O brasileiro finalmente
acor-dou e os políticos serão impiedosamente cobrados por todos nós.
Hélio Fittipaldi
PARA ANUNCIAR: (11) 2095-5339 [email protected]
índice
14
Editorial
Acontece
03
06
Saber Educacional ... 05Metering Smart Grids ...… 09
Tato ... 11 Patola ... 11 G l o b t e k . . . 1 7 E S C . . . 1 9 C i k a . . . 2 5 Nova Saber ... 45 Mouser ... 2ª Capa Nova Saber ... 3ª Capa National ... 4ª Capa
Índice de anunciantes
06 Carro Elétrico de 544 CV, da Mitsubishi Motors,
Encara a Tradicional Corrida de Pikes Peak
06 Manômetros de Referência de Pressão, da Fluke
Calibration
07 Protek Devices Lança sua Primeira Família de
Fusíveis “chips” Eletrônicos para Sobrecorrente
07 Integrated Biometrics Apresenta: Sherlock, o
Menor, Mais Leve e Fino Sensor Appendix F
Mobile ID
08 Amper Prepara a Entrega de um Novo
Equipamento
08 Laser de Alta Precisão, Sem Contato
08 Roteadores TP-LINK Promovem Liberdade e
Qualidade de Conexão para Usuários de Internet
09 Sandisk Apresenta o Cartão MICROSDXC de 64
GB Mais Rápido do Mundo
Tecnologia
10
Redes de Comunicação Usadas nas Aplicações de
Controle de Movimento
14
Soldando CIs em Invólucros QFN
Desenvolvimento
20
Aplicando o MOSFET de forma a reduzir Indutâncias e
Capacitâncias Parasitas em Dispositivos Eletrônicos
26
Visual Studio, Windows 8 e a Linguagem C# na
Eletrônica
Projetos
32
Projete um Robô com o LabVIEW
34
Aprenda como Projetar um Sistema de Controle:
Resposta em Frequência para Sistemas de Controle –
Parte 4
Componentes
46
Controladores Step-Down Duplos com Entrada
de Referência Externa alcançam uma Precisão de
Regulação de 0,3%
acontece
A tradicional competição de Pikes Peak
teve um "silêncio" inovador. O ronco dos
motores e a poluição dos combustíveis
foram substituídos pela mais alta
tecnolo-gia elétrica do Mitsubishi iMiEV, que
enca-ra a prova pelo segundo ano consecutivo.
Silencioso, mas muito potente, esse
protótipo, baseado na versão de rua,
é equipado com quatro motores
elé-tricos de 100 kW cada, o que
equi-vale a uma potência total de 544 CV.
O Pikes Peak é realizado anualmente
no Colorado, Estados Unidos, a prova
é realizada nas estradas da montanha
com uma série de ziguezagues e curvas
de alta velocidade.
A largada ocorre a 2.862 metros de altitude
e a chegada é com 4.300 m, em um
per-curso com pouco mais de 19 quilômetros
e 156 curvas. O Mitsubishi iMiEV é o
primeiro veículo elétrico a ser produzido
em grande escala no mundo, desde 2009.
De lá para cá, mais de 30.000 unidades
já foram vendidas, algumas unidades do
Mitsubishi iMiEV já circulam por grande
capitais, como São Paulo e Rio de Janeiro.
Tecnologia para o presente
Toda a tecnologia e o aprendizado
ad-quiridos pela equipe de engenheiros e
mecânicos no Pikes Peaks são usados
no aprimoramento dos carros
elétri-cos e na criação de novas e modernas
tecnologias
Carro elétrico de 544 CV, da Mitsubishi Motors,
encara a tradicional corrida de Pikes Peak
Em 2012, em sua primeira participação, a
Mitsubishi ficou com a segunda colocação
na competição. Com todo o know-how
ad-quirido, os engenheiros puderam analisar
com detalhes diversos dados de
velocida-de, aceleração em pista, além de consumo
da bateria, temperatura, entre outros, que
foram fundamentais no aperfeiçoamento
do veículo. Com isso, e após mais de um
ano de preparação e desenvolvimento,
surgiu a segunda geração do iMiEV
Evo-lution, com um motor mais potente e
novos componentes.
O iMiEV Evolution II é equipado com a
tração 4x4 (S-AWC), sinônimo da mais
alta tecnologia em todo o mundo. O
modelo recebeu uma série de melhorias,
como as novas baterias de alta capacidade,
quatro motores elétricos que geram 544
CV de potência, controles de tração e
estabilidade (AYC e ASC) que não deixam
o veículo sair da trajetória correta, além
dos freios com ABS. Tudo isso agregado
a uma estrutura leve e aerodinâmica, que
possibilita uma melhor performance nas
156 curvas da montanha.
A Fluke Calibration apresenta os
Manô-metros de Referência de Pressão - Série
2700G. Com nove modelos fáceis de
usar, resistentes e de alta
confiabili-dade, são ideais para calibração em
laboratórios de pressão e oficinas de
instrumentação que precisem de uma
solução de medição da pressão confiável
e altamente exata.
A Série 2700G pode ser conjugada com
os Kits de bombas manuais de pressão
Fluke 700PTPK e 700HTPK para uma
Manômetros de Referência de Pressão,
da Fluke Calibration
completa solução de testes portáteis
de pressão, ou com as Bombas
Com-parativas da Série P5500 desta mesma
empresa, oferecendo assim uma solução
completa para bancadas de calibração.
Os manômetros proporcionam uma
me-dição de pressão exata com variações de
faixa de 100 kPa (15 psi, 1 bar) a 70 MPa
(10.000 psi, 700 bar).
A incerteza da medição é a melhor de
sua classe, com 0,02% FS. O manômetro
padrão vem com um cabo USB que pode
ser usado para comunicação com um
computador, ou como fonte universal
para alimentação do intrumento.
A Série 2700G inclui um adaptador ¼
NPT fêmea para ¼ BSP macho, um
adap-tador ¼ NPT fêmea para M20X.15,
cer-tificado de calibração rastreado, um cabo
de comunicação USB e fonte universal.
O manômetro pode ser usado em
con-junto com o software Fluke COMPASS
para gravação automática dos dados da
calibração de pressão.
acontece
Produtos
A Integrated Biometrics, LLC (IB)
anunciou outro ineditismo tecnológico
com a certificação pelo FBI, dos Estados
Unidos, da sua novíssima tecnologia
para impressões digitais. A equipe de
desenvolvimento da IB criou o novo
produto usando a tecnologia
paten-teada da empresa, Light Emitting Sensor
(LES), juntamente com um transistor
de película fina (TFT).
A tecnologia LES utiliza uma película
de polímero altamente elaborada,
interagindo com propriedades
espe-cíficas da pele humana para imagens
luminescentes de impressões digitais. A
TFT captura a imagem no padrão 500
PPI, exigido pelo FBI.
A combinação da tecnologia LES e do
transistor de película fina (TFT) permite
reduções de peso e imagem de até 95%,
quando comparada a outros produtos
servindo ao mesmo propósito.
A IB fornece sensores de impressão
digital customizados para mercados que
exigem soluções biométricas Appendix
Integrated Biometrics apresenta Sherlock, o menor,
mais leve e fino Sensor Appendix F Mobile ID
F ou PIV071006 e, diferentemente
de outras tecnologias biométricas de
impressão digital usadas com frequência,
ela é capaz de alcançar a mais alta
qua-lidade de imagens sem comprometer a
espessura e o tamanho total do aparelho.
Esta capabilidade única produziu o
pri-meiro sensor do mundo com base em
TFT a alcançar a certificação de
identi-dade móvel Appendix F Mobile ID, do FBI.
As tecnologias estão sendo usadas
para produzir os mais finos, menores
e leves sensores biométricos Appendix
F Mobile ID.
A Protek Devices apresentou uma
família de fusíveis chips eletrônicos
para sobrecorrente que se soma à
extensa disponibilidade de linhas de
produtos de sobretensão da empresa.
Agora, a companhia pode fornecer às
fabricantes de design de eletrônicos
(EDM) uma única fonte de soluções
avançadas e de baixo custo de
prote-ção de circuitos. Os novos fusíveis de
sobrecorrente cobrem uma infinidade
de aplicações, tais como
telecomuni-cações, informática, eletroeletrônicos
e muito mais.
Os novos fusíveis de sobrecorrente em
dispositivo de montagem em superfície
(SMD) consistem de uma variedade
de tipos e tamanhos. Os números de
peça para o pacote 0603 são PF0603F,
PF0603S e PF0603H. O PF0603F é um
Protek Devices lança sua primeira família de fusíveis “chips”
eletrônicos para sobrecorrente
fusível de ação rápida. O PF0603S é
um fusível de ação lenta. E o PF0603H
é um fusível de alto inrush.
O pacote 0603 é ideal para TVs LCD,
câmera digital, DVD e Blu-ray players,
câmeras de vídeo e videogames.
Tam-bém é ideal para power-over-Ethernet,
discos rígidos e outros dispositivos de
consumo.
Os números de peça 1206 são PF1206F,
PF1206S e PF1206H. O PF1206F é um
fusível de ação rápida. O PF1206S é um
fusível de ação lenta. E o PF1206H é um
fusível de alto inrush. O pacote 1206 é
ideal para smartphones, DVD e Blu-ray
players, consoles de jogos e
reprodu-tores de música digital. Ele também é
ideal para dispositivos GPS, sistemas de
áudio, fontes chaveadas e carregadores
e scanners. Além disso, o pacote 1206
é adequado para equipamentos de
infraestrutura de telecomunicações e
modems DSL/de cabo.
"Há décadas, lideramos o fornecimento
de soluções avançadas e de
custo-be-nefício em proteção de circuitos de
so-bretensão e os nossos clientes também
têm nos perguntado sobre as soluções
de proteção de sobrecorrente", disse
Rocky Kansal, presidente da Protek
Devices. "Atendemos agora os pedidos
de nossos clientes com estes fusíveis de
ação rápida, queima lenta (slow blow) e
alto inrush. Então, estamos oferecendo
agora uma única fonte para as EDMs
adquirirem todos os seus componentes
de proteção de circuitos de
sobreten-são e sobrecorrente. Continuaremos
também expandindo e inovando essa
linha de fusíveis chips."
acontece
A Amper Programas recebeu pedido da
empresa francesa Thales Communications
& Security para fabricação de 500
unida-des para o Exército Francês do seu novo
produto W@tcher, destinado ao mercado
internacional.
O W@tcher é um equipamento portátil
de características militares, que permite o
controle remoto das rádios táticas VHF e
HF sem fio, via bluetooth. Com a sua tela
tátil, que fica posicionada no antebraço
como se fosse um relógio, oferece um
controle de todos os parâmetros de
configuração das rádios, além de outros
serviços como SMS ou FFI (identificação
de pessoas confiáveis ou inimigas).
Por meio dele, os chefes das unidades
po-derão se conectar de modo autônomo,
tanto com a rádio do veículo quanto com
um rádio transportado por um soldado
de sua equipe, com bluetooth. O acesso
é realizado de modo fácil graças a sua
interface gráfica simplificada e intuitiva.
Amper prepara a entrega
de um novo equipamento
Uma das características mais importantes
deste novo dispositivo é permitir maior
autonomia e liberdade de movimento aos
soldados, que podem acessar as principais
funcionalidades do rádio por meio de um
equipamento leve e compacto, desenhado
para trabalhar em condições severas.
Desse modo, foi possível responder uma
antiga demanda dos exércitos que, até
hoje, tinha sido difícil atender no que diz
respeito à ergonomia para gerenciamento
das comunicações num entorno tático.
O W@tcher foi elaborado pela Amper
Programas seguindo especificações
conjuntas da Thales, o que vai permitir
adicionar futuros aplicativos direcionados
à melhoria do combatente.
O início da operação deste novo
equipa-mento permite à Amper seguir mantendo
a sua liderança na Espanha no âmbito das
radiocomunicações militares, área que
nos últimos anos tem se tornado um dos
pilares da Divisão de Defesa do Grupo.
Um laser sem contato para medição rápida,
de alto desempenho, foi lançado pela
AMETEK Solartron Metrology. A nova
unidade de triangulação a laser Orbit®
LTH oferece leituras de 0,02 F.S. (Full
Scale) em intervalos de medição de 2 ou
10 mm, produzindo uma precisão de até
0,05 µm com o passo de 2 mm. O laser
pode ser conectado em rede com até
150 sensores diferentes com o sistema
de medição digital Solartron Orbit 3.
Entre as aplicações destacam-se a
medi-ção em alto volume para o controle da
qualidade de produtos metálicos e
plás-ticos que poderiam ser danificados por
instrumentos de medição com contato.
Os circuitos de controle automático de
ganho do sensor ajustam a potência de
acordo com o retorno do material,
ofe-recendo leituras melhores em superfícies
diferentes.
Há várias saídas disponíveis, como USB,
Ethernet, TCP, RS232 e Modbus.
Laser de alta precisão,
sem contato
Produtos
Devido à evolução tecnológica dos
últimos anos, cresce o número de
dispositivos que podem acessar a
internet, bem como a qualidade de
conteúdos audiovisuais e interação
social para compartilhamento de
informações. Os consumidores fazem
uso simultâneo de smartphones,
tablets e notebooks, além de terem
nas residências televisores do tipo
“smart” e até mesmo geladeiras
conectadas. Assim, nada melhor que
estes aparelhos estejam interligados
em um único dispositivo inteligente:
os roteadores de acesso à internet
para uso doméstico (ou corporativo).
Quem dá as dicas sobre o melhor
produto a ser utilizado é o cliente,
conforme a necessidade de solução
para conectar computadores,
dispo-sitivos portáteis e eletroeletrônicos
que têm conexão à internet. Caso a
Roteadores TP-LINK promovem liberdade e qualidade de
conexão para usuários de internet
dificuldade seja montar uma rede sem
fio com grande alcance, a TP-LINK
oferece tecnologias que permitem a
interconexão de diferentes
roteado-res para que se comuniquem entre
si, sem precisar de fios. Trata-se do
sistema de distribuição de sinal WDS,
no qual a TP-LINK foi a primeira a
oferecer esta tecnologia no mercado
brasileiro. Mas, se a demanda é por
velocidade e facilidade de acesso
para compartilhamento de
conte-údos, acesso a redes sociais, jogos
online ou filmes em alta definição, as
soluções Gigabit Ethernet oferecem
desempenho de até 1Gbps, que
per-mitem que tudo isso seja executado
simultaneamente sem “gargalos” ou
travamentos.
Potentes e cheios de tecnologia, os
roteadores da TP-LINK tem design
agradável e moderno, oferecem
suporte à segurança na transmissão
de dados com o recurso de
Confi-guração de Segurança Rápida (Quick
Security Setup), que estabelece
auto-maticamente uma conexão segura ao
clique de um botão, o que permite
manter a privacidade dos usuários e
da rede protegidas. Outra vantagem
é o longo alcance, para desfrutar do
sinal em qualquer lugar.
acontece
A SanDisk Corporation, líder mundial
em soluções de armazenamento de
memória flash, anunciou os cartões de
memória UHS-I SanDisk Extreme®
microSDHCT e microSDXCT, ideais
para usuários que desejam uma rápida
memória expandida para os mais
re-centes smartphones, tablets e câmeras.
"O cartão SanDisk Extreme microSDXC
permite aos usuários tirar mais proveito
de seus dispositivos," afirmou Susan Park,
diretora de marketing de produto e
vare-jo da SanDisk. "Nossos cartões microSD
de alto desempenho e alta capacidade
permitem aos consumidores
aprovei-tarem a alta qualidade em vídeo HD e
recursos de imagem nos mais recentes
smartphones, tablets e câmeras de ação."
O cartão microSDXC é equipado com as
mais rápidas velocidades disponíveis no
mercado, com até 80 MB/seg de
velocida-de velocida-de leitura e até 50 MB/seg velocida-de gravação,
permitindo um desempenho mais veloz a
cada foto, rápida transferência de dados
e arquivos, excelente ação em fotografias
e modo de disparo contínuo. Além disso,
esse cartão de memória é a escolha ideal
para dispositivos AndroidT com 64 GB
de capacidade, oferecendo uma
atualiza-ção de armazenamento instantânea para
capturar e preservar dados.
Compatível também com as mais
recen-tes câmeras e gravadoras Full HD para
esporte e ação, a velocidade do cartão
permite aos usuários capturar fotos e
vídeos incríveis. A classificação de
gra-vação em vídeo com Velocidade Classe
10 e Velocidade UHS de Classe 1 (U1)
garante aos usuários aproveitarem um
desempenho melhor do que dos
car-tões de memória comuns para Full HD e
até mesmo para gravação e reprodução
dos vídeos em 4K HD.
"A maioria dos smartphones de ponta
possuem processadores de quatro
nú-cleos (quad-core) de alta velocidade, que
Sandisk apresenta o cartão MICROSDXC
de 64 GB mais rápido do mundo
oferecem conteúdo e aplicativos Full
HD a displays externos maiores e com
alta resolução," disse Stuart Robinson,
diretor de serviços de tecnologias de
componentes para telefones móveis
e análise estratégica. "Tais aplicativos
exigem espaço de banda de memória
maior, o que é ideal para o cartão
San-Disk Extreme microSDXC, a solução
de memória microSDXC mais rápida
do mundo."
Os cartões SanDisk Extreme microSDHC
e microSDXC UHS-I são construídos e
testados em condições extremas. Eles
são à prova d'água, à prova de choque
e resistentes a raio-X.
tecnologias
O
Controle de movimento é
essencial para os sistemas
mecatrônicos. Para otimizar
os sistemas mecânicos, os
fabricantes de máquinas muitas vezes
substituem peças mecânicas com soluções
eletrônicas. Um exemplo é a eliminação dos
eixos rígidos para executar operações de
camming. Estes eixos são substituídos por
uma combinação de drives e motores que
dependem de um software de controle
para fornecer funcionalidade ao camming.
Tais sistemas e dispositivos são
mecanica-mente mais flexíveis, mais fáceis de manter
e menores. No entanto, estas máquinas
também contêm mais componentes
ele-trônicos que requerem um controle
com-plexo e determinístico e de comunicação
confiável. Veja as figuras 1 e 2.
Em um sistema típico, o controlador
de movimento tem a maior parte da carga
de maior complexidade do sistema. Ao
manipular a sincronização de múltiplos
eixos, esses controladores oferecem
engrenagens e funcionalidades camming,
Redes de comunicação
usadas nas aplicações de
Controle de
Movimento
A concorrência global está pressionando
os fabricantes de dispositivos ou máquinas
a fornecerem equipamentos com alto
rendi-mento e custos operacionais reduzidos. Os
crescentes custos de energia e a consciência
ambiental estão levando os engenheiros a
desenvolverem projetos com um menor
con-sumo de energia. Devido a isso, fabricantes
de equipamentos têm mudado a concepção
de máquinas simples para soluções com
múltiplas finalidades através da adoção de
modernos sistemas de controle, algoritmos
sofisticados, integração eletrônica high-end
e tecnologias de comunicação com estruturas
mecânicas.
Guilherme Kenji Yamamoto
Renan Airosa Machado de Azevedo
National Instruments
bem como todas as características de
segurança adicionais, tais como limites de
switches, habilitação de driver e parada de
emergência. Além disso, o controlador de
movimento ainda precisa fornecer as
fun-ções tradicionais e executar os algoritmos
de controle para máximo desempenho e
eficiência.
Tendências de Tecnologia
de Controle de Movimento
Tradicionalmente, as aplicações de
controle de movimento utilizam um
trolador de movimento dedicado e um
con-trolador separado para controlar sistemas
mais complexos. O aumento de
desempe-nho dos controladores de automação de
hoje, como controladores programáveis
para automação ou controladores lógicos
programáveis, está alimentando a tendência
de integrar a funcionalidade do controlador
de movimento diretamente ao controlador
de automação e executá-lo como uma
ta-refa de alta prioridade entre outras tata-refas
de automação.
F1. Sistema tradicional, com componentes mecânicos.
tecnologias
Desde o início de 1980, sistemas de
automação têm sido baseados em
barra-mentos digitais para realizar tarefas como
transferência de dados de processo e de
comunicação industrial. Comparados com
o barramento analógico, eles são mais
confiáveis e robustos, especialmente para
a comunicação através de longas distâncias.
Além disso, as redes digitais simplificam
a fiação, pois permitem conectar vários
elementos em série ao invés de ligar cada
elemento individualmente. Isso resulta em
um cabeamento significativamente mais
barato e mais fácil de manter nos sistemas.
Devido aos requisitos de
desem-penho, por muitos anos a indústria
de movimento teve uma abordagem
diferente e se conectou a drivers via
barramento analógico, ou barramento
de movimento específico. Este esquema
de comunicação adicional aumentou a
complexidade do sistema global. Com o
driver digital de alta performance e com
o barramento digital, agora, é possível
simplificar a arquitetura do sistema
usan-do o mesmo barramento para controle
de movimento e controle de dados do
processo e, ao mesmo tempo, obter
me-lhoria significativa de desempenho com
as vantagens do barramento digital como
EtherCAT, CANopen, Profibus, Ethernet
POWERLINK, ou SERCOS.
Especialmente em aplicações que
executam controle distribuído de
movi-mento com multieixos, os barramovi-mentos
digitais oferecem uma série de vantagens.
Eles proporcionam maior flexibilidade e
permitem o desenvolvimento de sistemas
distribuídos com poder de processamento
e tomada de decisão até o nível dos
dri-vers. Com as normas comuns, os clientes
podem facilmente combinar sistemas
de diferentes fornecedores e escolher
a melhor solução para as suas tarefas
individuais.
Ao usar drives digitais que se
co-municam por barramento digital,
for-necedores e fabricantes são capazes de
F2. Sistemas atuais com vários eixos sincronizados.
tecnologias
criar unidades que usam o barramento
digital para a troca de dados não só de
controle, mas também transferir as
in-formações de status ou um conjunto de
parâmetros. Uma das grandes perguntas
feitas pelos clientes de automação é
“qual o protocolo ideal para aplicações
de automação industrial em geral e
apli-cações de movimento em particular?”
Os protocolos mais comuns baseados
em Ethernet para aplicações de
movimen-to são os seguintes:
• EtherCAT
• SERCOS II/III
• CANopen
• Modbus IDA
• PROFINET
• PROFIBUS
• EtherNet/IP
• Ethernet POWERLINK
Devido ao grande número de normas
e protocolos de diferentes barramentos,
os clientes precisam ter certeza de que os
componentes que desejam usar fornecem
uma interface direta. Isto significa que os
fabricantes são muitas vezes obrigados
a desenvolver várias versões diferentes
de seus componentes. Isso adiciona um
custo de desenvolvimento e o obriga
a participar de várias organizações de
normatização. Com seus esforços para
fornecer sistemas abertos, empresas
como a National Instruments incorporam
interfaces com as normas de barramentos
e vários protocolos.
Apesar de oferecer suporte para os
principais protocolos industriais e
for-necimento de conectividade para todas
as redes de padrão industrial, a National
Instruments escolheu a EtherCAT como
protocolo de comunicação para
aplica-ções de controle de movimento.
Tecnologia EtherCAT para
aplicações de controle de
movimento
EtherCAT (Ethernet Control
Auto-mation Technology) é um protocolo de
comunicação industrial para Ethernet
determinística de alta performance. Ele
é uma extensão do padrão Ethernet
IEEE 802.3 para transferir dados com
sincronização de tempo
determinísti-co e preciso. Dirigido pelo EtherCAT
Technology Group, este padrão aberto
foi publicado como parte da IEC 61158
e é comumente usado em aplicações
para projetos de máquinas e controle
de movimento.
EtherCAT implementa um master/
slave sobre a arquitetura de cabeamento
Ethernet padrão. Os EtherCAT master
da National Instruments consistem
em controladores de tempo real, com
duas portas Ethernet, tais como NI
CompactRIO, PXI e controladores
industriais. Cada slave NI também
contém duas portas que permitem
encadeamento a partir do controlador
master.
O protocolo EtherCAT transporta
dados diretamente dentro de um
fra-me Ethernet padrão, sem alterar sua
estrutura básica. Quando o
contro-lador master e os dispositivos slaves
estão na mesma sub-rede, o protocolo
EtherCAT apenas substitui o
Proto-colo Internet (IP) no frame Ethernet.
Observe a figura 3.
Os dados são transmitidos entre
master e slaves, sob a forma de
ob-jetos de processo de dados (PDO).
Cada PDO tem um endereço para um
slave particular ou de vários slaves, e
esta combinação de “dados e
endere-ços” (mais o contador de validação)
torna-se mensagens EtherCAT. Uma
estrutura Ethernet pode conter várias
mensagens, e várias estruturas podem
ser necessárias para conter todas as
mensagens requeridas em um ciclo de
controle.
Desempenho em
alta velocidade
A EtherCAT é projetada para
atin-gir alto desempenho e alta número de
canais para aplicações simples, como
de controle, porque o slave pode ler e
escrever na mesma estrutura de rede,
mas a EtherCAT é otimizada para E/S
descentralizadas. Além disso, o
pro-cessamento do protocolo completo
tem lugar dentro do hardware e é,
portanto, independente do tempo de
execução de pilhas de protocolo, do
desempenho da CPU, ou da
implemen-tação de software.
Temporização e
Sincronização
Outro fator para alcançar o
de-terminismo nas redes é a
responsa-bilidade do controlador master em
sincronizar com todos os dispositivos
slaves ao mesmo tempo em que usa
os clocks distribuídos. De todos os
dispositivos slaves, um deles deve
conter o clock master que sincroniza
o clockdos outros dispositivos slaves.
Para a implementação da NI, o
primei-ro dispositivo slave é designado com o
clock master, e o controlador master
envia uma mensagem de sincronização
especial para ler o clock master em
cada ciclo de scan. Esta mensagem, em
F3. Estrutura da rede Ethernet com EtherCAT.
tecnologias
seguida, atualiza e realinha os clocks em
todos os outros dispositivos slaves.
Sincronização precisa é
particular-mente importante nos casos em que
os processos amplamente
distribuí-dos exigem ações simultâneas, como
no movimento coordenado entre
os eixos de movimento. A NI utiliza
time stamps para medir a diferença
de tempo entre a saída e o retorno.
Desta forma, o atraso de propagação é
calculado entre os nós, e uma precisa
sincronização (menos de 1 μs) pode
ser alcançada pelo ajuste exato dos
clocks distribuídos.
Devido ao desempenho de alta
velocidade e ao timing reduzido para
recursos de sincronização, o EtherCAT
é uma solução ideal para aplicações
distribuídas em rede ou controle de
movimento, onde um poderoso
con-trolador atua em tempo real, como
o master EtherCAT e executa o
apli-cativo de controle de movimento de
comunicação externa, distribuído nas
unidades slaves pelo EtherCAT.
Servomotores e
drivers EtherCat
Os servo-drivers EtherCAT da NI
combinam performance com
flexibi-lidade, escalabilidade e potência para
F4. Configuração Gráfica de Eixos através de projetos com LabVIEW.
E
atender os requisitos de desempenho
exclusivo de quase todas as aplicações
a partir de torques básicos e aplicações
para controle de velocidade de
movi-mento de multieixos, usando
progra-mação gráfica com o NI LabVIEW e o
Módulo NI LabVIEW SoftMotion.
Os cabos Ethernet-padrão
simplifi-cam significativamente o cabeamento e
a capacidade de encadear até 128 eixos.
Um controlador de alto desempenho em
tempo real permite a configuração de
um sistema distribuído de controle de
movimento dentro de minutos. Usando
o projeto do LabVIEW para configurar
e validar o sistema de controle de
mo-vimento simplifica-se a configuração e a
programação gráfica. Com as funções de
alto nível de movimento ou a
proprieda-de proprieda-de chamar nós API, os clientes poproprieda-dem
implementar aplicações de movimento
personalizadas através da facilidade de
uso da programação gráfica. Atente para
a figura 4.
Os controladores de tempo real
da NI, servoacionamentos AKD
Ether-CAT, NI LabVIEW e o NI LabVIEW
Sof-tMotion Module EtherCAT tornaram a
tecnologia acessível para que clientes
possam implementar aplicações
dis-tribuídas em rede ou para controle
de movimento.
tecnologias
O
título acima está parcialmente
cor-reto. O termo certo é
retrabalhan-do, que vem do inglês rework. Como
rework você pode encontrar muita
informação boa em sites de língua inglesa,
facilmente. Mas o retrabalho, no Brasil,
ain-da é uma palavra pouco utilizaain-da, e escrevi
“soldando” por ser mais comum e simples.
Este artigo vem complementar uma
série de três que fiz, nas edições n
os443,
444 e 445, que ainda, surpreendentemente,
são muito atuais e com bom conteúdo para
quem deseja se aprimorar em retrabalho
desde o seu início. Já naquela época esses
artigos eram inovadores e, por incrível que
pareça, foram baseados em treinamentos
que fiz na LG Amazônia em Taubaté, oito
anos antes!
Isso demonstra algumas coisas, a
pri-meira é que a Revista Saber Eletrônica está
publicando artigos de nível bom a ótimo, e
em consonância com as necessidades das
indústrias, mercado de trabalho e escolas
técnicas, e com uma visão e estratégia de
futuro muito boas. Já pensou uma empresa
de tecnologia saber oito anos antes sobre
o futuro? O mais incrível é que as indústrias,
escolas técnicas, fabricantes e distribuidores
de ferramentas para retrabalho em SMD
ainda não se deram conta disso! Ou muitos
pontos desta linha se unem, ou não haverá
profissionais qualificados a tempo para
aten-der as necessidades das indústrias!
Mas, tratemos agora da parte mais
prática do Retrabalho em Componentes
com Invólucro QFN. Começando pelo
que é óbvio, vamos abrir a caixa preta dos
QFN pela descrição de sua sigla. Aliás, QFN
ainda por cima não é uma sigla “completa”,
digamos assim. É a abreviatura de uma sigla
e, para complicar mais um pouco, não é uma
sigla exclusiva de um tipo de invólucro, mas
de toda uma família de invólucros que está
dispersa e continuamente evoluindo nas
indústrias fabricantes de chips.
O significado completo da sigla é Quad
Flat No-Lead – (QFN), ou seja, é uma família
de invólucros de circuitos integrados ou de
módulos, do tipo plano, com conexões em
seus quatro lados, mas sem terminais. Pode
(ou não) possuir um dissipador com
plano--terra sob o chip. Nas figura 1 mostramos
alguns invólucros desta família.
Há ainda uma pequena variação
mecâni-ca nos invólucros QFN, que são os µDFN.
A definição de sua sigla é Micro Dual Flat
No-Lead, ou seja, é muito semelhante à
filo-sofia de invólucro com a família QFN, mas
Soldando SMDs com
Invólucro QFN
Luís Fernando F. Bernabe
Este artigo complementa o curso rápido
Retrabalho (rework) em Componentes SMD,
anteriormente publicado nas revistas Saber
Eletrônica 443, 444 e 445.
F2. A família dos invólucros µDFN. F1. A família dos
invólucros QFN.
Para você que gostaria de saber mais
sobre o tema, acesse:
• www.freescale.com/files/analog/
doc/app_note/AN1902.pdf
• www.intersil.com/content/dam/
Intersil/documents/tb38/tb389.pdf
• www.digimimic.com/docs/QFN-Soldering.pdf
tecnologias
há duas diferenças significativas: a primeira
é o “micro”, os µDFN são ainda um pouco
menores que os QFN; e a segunda diferença
é a distribuição das conexões - nos µDFN as
conexões são dispostas em apenas dois lados
do chip. Este invólucro é muito utilizado em
circuitos integrados e semicondutores mais
simples em termos de conexões externas.
Observe na figura 2 os invólucros citados.
Repare que nessas figuras, tanto os QFN
quanto os µDFN são apresentados com e
sem dissipador aterrado. Este dissipador é a
área metálica debaixo do CI. Observe também
as diferenças das duas partes de família QFN.
Para complicar mais um pouco há dois
tipos de QFN, considerando a sua área e
formato dos pontos de soldagem. São elas: a
do tipo E e S. Os invólucros em QFN do tipo
E são mais simples de serem retrabalhados
do que os do tipo S, em princípio.
Atente para as figuras 3 e 4. Veja que no
tipo E a área de soldagem se distribui sobre
um formato em L, aproveitando a área lateral
do CI. No tipo S isso não acontece e o CI só
possui a área inferior para soldagem.
A família QFN é composta normalmente
de componentes quadrados. Há exceções
mas a grande maioria é fabricada em formato
quadrado: 16x16, 32x32 terminais, etc.
Pode-ria se questionar esta característica pelo fato
de serem Quad Flat, mas flat significa plano.
Há muitos (T)QFP que não são quadrados,
e sim retangulares.
Como curiosidade, na figura 5
apresen-tamos um diagrama esquemático interno de
um CI em invólucro QFN em corte para
podermos observar suas partes e conexões.
Veja que a medida da altura do CI
dese-nhado é de 0,9 mm!
QFN, as dimensões físicas
É muito simples falarmos desta família
de invólucros com imagens aumentadas,
tratando de retrabalho, soldagem, etc., sem
considerar suas dimensões físicas reais. Então
vamos apresentar alguns desenhos com suas
dimensões ampliadas, mas, desta vez com
suas medidas dimensionais. Acompanhe nas
figuras 6 e 7.
Como curiosidade, observe na figura
8 uma comparação com um CI em QFN.
O CI em QFN e as
medidas do layout
Para fazermos um retrabalho temos que
analisar tanto o chip em si e suas dimensões
F3. QFN
tipo E. F4. QFN tipo S.
F5. Desenho esquemático em corte de um CI em QFN.
F6. Vista superior e lateral de um CI em QFN. Observe que as medidas estão em mm.
tecnologias
quanto o seu layout. Isso para termos uma
ideia do espaço disponível para
introduzir-mos o ferro de solda e terintroduzir-mos uma boa
sensibilidade da inclinação necessária em
função do tipo de ponta de ferro de solda
que estamos utilizando, da geometria do
chip e do espaço disponível para a
trans-ferência de calor suficiente para que seja
derretida a solda.
A recomendação de layout mais
de-talhada que encontrei está apresentada
parcialmente na figura 9.
Traduzindo e interpretando os itens
da tabela 1 temos as palavras: versão
(version), número de pinos (number of
pins), espaçamento entre terminais (pitch),
comprimento dos terminais de soldagem
(Lead Pad Length), largura dos terminais de
solda (Lead Pad Width), largura do terminal
de dissipador (Thermal Pad Witdh),
compri-mento do terminal de dissipador (Termal Pad
Length), comprimento máximo do terminal
do CI (Maximum Component Lead Length) e
largura máxima do terminal do CI (Maximum
Component Lead Width).
Com estas informações podemos dizer
que: temos um espaço disponível de pad
para fora do CI de 0,17 mm (comprimento
máximo do terminal do CI - comprimento
dos terminais de soldagem: 0,92 - 0,75).
Esta medida de 0,17 é em toda a volta do
CI, considerando-se ainda que esteja muito
bem posicionado! Por causa disto tem tanto
profissional que não gosta de SMD, é um
trabalho muito preciso e delicado que exige
muita concentração. Esta informação pode
ser vista melhor na figura 10.
O retrabalho, parte 1:
Dessoldando
É muito mais fácil e rápido dessoldar
CI em QFN com o auxílio de um
pré--aquecedor (pre-heater). Este
pré-aque-cedor pode ser feito por você mesmo,
inclusive. Quem sabe, se escreveremos
um artigo sobre isso?
O importante é que para a soldagem
de SMDs, como por exemplo estes CIs, o
ideal é obedecer uma curva específica de
evolução da temperatura em função do
tempo, com a finalidade de aumentar sua
vida útil e da placa (figura 11).
Lembre--se que não sabemos ainda se o chip
está funcional ou não, somente vamos
saber disso quando o substituirmos por
um novo ou ressoldarmos o antigo. São
duas estratégias de solução de problemas.
Uma focada no mau contato de solda, e a
segunda no chip.
A pergunta agora é: como vamos fazer
esta curva de temperatura x tempo “na
mão”, com um soprador de temperatura
controlada e um pré-aquecedor? Ou até
mesmo sem o pré-aquecedor? Como é mais
comum, a reposta vem de conhecermos
melhor nosso equipamento.
Conhecendo melhor seu
soprador térmico
Há muitos tipos de sopradores
tér-micos no mercado. Para você conhecer
melhor o SEU soprador, sugiro que faça
um ensaio interessante. Para este ensaio
você vai precisar de um termômetro com
termopar, PT100 ou semelhante, um pedaço
de madeira com marcação de 10 em 10 mm
e o seu soprador. Ligue o soprador, ajuste
sua temperatura para o início de sua escala,
caso não esteja marcada em °C, depois
de alguns segundos que a temperatura se
estabilizou, monte uma tabela com esta
posição, a distância do soprador ao sensor
de temperatura e a temperatura que foi
me-dida. O soprador que tenho em mãos é um
simples de marca muito boa, este modelo
não possui escala em °C. A escala é de 1;
1,5; 2; 2,5; até 6. Veja a tabela 2.
Em primeiro lugar anote a graduação da
escala em que foi ajustada e, com o sensor
de temperatura, meça a temperatura do
jato de ar quente considerando as distâncias
aproximadas. Por exemplo, no primeiro traço
principal da escala, depois de estabilizado o
aquecimento, meça a temperatura a uma
dis-tância de 40 mm, anote a medida, posicione
o sensor a 30 mm e meça a temperatura
novamente, anote a medida, e repita o
pro-cesso por quatro ou cinco pontos na escala
do potenciômetro do soprador.
Feito isso, procure um ponto de ajuste
de temperatura na escala do seu soprador
no qual apenas variando a distância do bico
até o sensor você consiga reproduzir a curva
de aquecimento ideal de retrabalho, sem
mexer no controle de potência, variando
somente a distância.
Caso haja vários componentes sensíveis
ao calor na região de retrabalho do QFN,
é necessário protegê-la com fita adesiva
de Kapton (amarela). Coloque pedaços
pequenos de fita no entorno do CI QFN,
protegendo esta região, principalmente
do fluxo de ar quente. Estas fitas também
atuam como “espelhos”, refletindo o
infra-vermelho do ar quente.
Agora, ligue o pré-aquecedor sob a área
do componente QFN numa temperatura
que pode variar de 100 a 120 °C
depen-dendo do tamanho das trilhas e das áreas
de dissipação de calor na placa. Aguarde
alguns segundos para a estabilização da
temperatura.
Aproxime lentamente o bico do
sopra-dor observando uma distância de 50 a 60
mm, aguarde 10 a 15 segundos, aproxime
o bico do soprador tendo sempre como
referências a curva de aquecimento do chip
e a tabela de aquecimento do soprador.
Com a pinça na mão, lentamente apoie
sua ponta na lateral do chip e veja se ele está
solto, “flutuando” na solda. Dê um super
leve toque no chip e veja se isso ocorre. Se e
somente se, o chip estiver nestas condições,
remova-o com muita calma pegando-o com
a pinça pelo seu lado superior. Caso
contrá-rio, se o chip ainda está com a solda pouco
aquecida, aproxime novamente o bico do
soprador, cuidado, siga sempre a tabela e o
gráfico! Remova o chip quando for possível.
Como não sabemos com certeza se o
chip está com problemas ou se é a qualidade
da solda, coloque-o sobre a caixa metálica
do soprador o mais rápido possível.
Partindo da ideia que o chip em QFN
está queimado, vamos para a próxima etapa:
a sua substituição.
O retrabalho, parte 2:
Soldando um QFN
Para soldarmos o mesmo CI vamos
começar pela limpeza da PCI. Aplique um
pouco de fluxo. Use um pedaço de malha de
1 ou 1,5 mm de largura, então posicione a
malha sobre a solda a ser removida e encoste
a ponta do ferro sobre ela. Muito cuidado,
faça isso sem pressionar a ponta do ferro
contra a malha, arranhando o PAD de solda.
Dependendo da força aplicada com o calor, o
PAD se solta facilmente da placa. Terminada
a limpeza da placa, vamos estanhar o chip.
Um chip novo em QFN normalmente
não possui solda suficiente para a sua
solda-gem, isso ocorre com os BGAs. Então quem
utiliza no ferro de solda uma ponta-faca, leva
vantagem agora, pois este preenchimento
de terminais com a solda é muito facilitado.
Ajuste sua estação de solda para uma
tem-peratura um pouco acima da temtem-peratura
tecnologias
4 x 4 9 x 9
Version E S E S
Number of pins 16 16 64 64
A – Pitch (mm) 0.65 0.65 0.5 0.5
B – Lead pad length (mm) 0.92 0.92 0.69 0.69
C – Lead pad width (mm) 0.37 0.37 0.28 0.28
D1 – Thermal pad width (mm) 2.0 2.0 7.1 7.1
D2 – Thermal pad length (mm) 2.0 2.0 7.1 7.1
Maximum component lead length (mm) 0.75 0.75 0.5 0.5 Maximum component lead width (mm) 0.37 0.37 0.3 0.3
de fusão da solda, normalmente se você
es-tiver soldando com solda de baixo ponto de
fusão esta temperatura é em torno de 180
°C e o ajuste fica em até 220 °C, na ponta
isolada, com a temperatura estabilizada.
Siga este procedimento com o
pré--aquecedor desligado. Vire o chip em QFN
de terminais para cima, aplique um pouco
de fluxo, estanhe a ponta-faca da estação
de solda e enquanto isso aplique a solda
derretida nos terminais do CI. SEM fazer
força alguma! Tão pouca força que não
precisa nem segurar o chip, o atrito dele
com a manta antiestática é suficiente para
espalhar a solda passando-a derretida sobre
os terminais. Com a geometria e a tensão
superficial criada pela ponta em faca, não é
necessária uma dosagem de solda, pois há
uma “divisão” da solda derretida entre os
terminais do chip e a ponta desde que você
não exceda na quantidade.
Como nem todo mundo tem uma
ponta--faca na estação de solda, faça a aplicação de
solda derretendo-a de pouco em pouco só
F7. Vista inferior de um CI em QFN 16. Observe que as medidas estão em mm.
F8. Comparação de tamanho do CI em QFN. T1. Medidas com seus valores em mm.
tecnologias
com a quantidade suficiente para dois ou três
terminais. Lembre-se que quanto mais solda
você colocar, provavelmente mais solda você
vai retirar. A quantidade de solda necessária
é mínima. Este tempo de aquecimento
des-necessário pode danificar o seu CI!
Com o CI com seus terminais
levemen-te estanhados e a placa limpa, posicione o
CI com a pinça. O CI não vai ficar plano
em relação à placa devido à solda. Aplique
o fluxo tanto no chip como na placa. Ligue
o pré-aquecedor, aguarde alguns segundos
(veja a curva de aquecimento do chip), com
o soprador na mão de menor precisão,
aqueça o conjunto. A fita kapton está no seu
lugar? Assim que a solda derreter abaixo do
chip ele vai se movimentar lentamente até
a sua posição final.
Utilize a pinça na sua mão de maior
precisão e dê super leves toques no chip
para ter certeza que a solda está derretida e
que o posicionamento está correto,
obser-ve numa lupa se for possíobser-vel. Depois de ter
esta certeza, afaste o soprador e desligue
o pré-aquecedor SEM mexer na mesa. Se
preferir pode aproximar novamente o
so-prador com um ajuste de temperatura bem
abaixo do que estava antes, isso é
importan-te para a estabilização da importan-temperatura e o
esfriamento da solda sem trincas, lembre-se
que a solda “encolhe” um pouquinho, quase
nada, na hora de se solidificar, mas isso pode
ser mais que suficiente para que ela trinque
e cause um mau contato que poderia ser
facilmente evitado.
Não é fácil ensinar estas habilidades
em textos escritos com fotografias e
grá-ficos. Sempre vale a pena reler os textos
dos outros artigos da Revista que escrevi
sobre o retrabalho, são mais de 12 páginas
com um excelente conteúdo. Pensamos
em uma apresentação em vídeo, mas ela
nunca te dirá: “Você pode fazer tão bem
quanto uma máquina. Apesar de sua
ex-periência como técnico, para este
retra-balho a sua nota é 2.” Sem contar que há
um sem número de vídeos assustadores
que “ensinam” a por o dedo para segurar
o chip, colar o chip com fita crepe, etc.
Há outros ainda que ensinam como soldar
de terminal em terminal, enquanto eu
aprendi a soldar 10 a 14 terminais por
segundo há mais de dez anos atrás!
Há muitas diferenças em aprender
como hobby e aprender para ser
profis-sional, lembre-se de procurar as melhores
referências para seus estudos e práticas.
Nesse sentido, a Editora Saber e eu,
temos grandes preocupações quanto à
profissionalização dos alunos, ao método,
às técnicas e às avaliações. Este texto é
um brevíssimo resumo do que ensinamos
em nossos treinamentos na Editora e nas
empresas. Em nossos treinamentos
utili-zamos até uma palmatória como recurso
pedagógico! E funciona.
Desejo que tenha sido o suficiente
para atender algumas de suas dificuldades
e que com estas informações você consiga
caminhar de modo independente no seu
retrabalho do dia a dia.
Escala (soprador) °C em 10 mm °C em 20 mm °C em 30 mm °C em 40 mm 1 1,5 2 2,5 ...
F9. Padrão de layout sugerido
para um QFN 16. F10. A diferença dimensional entre os PADs da placa e os terminais do CI em QFN.
F11. Curva específica de soldagem e ressolda-gem de um QFN 16, segundo seu fabricante.
T2. Mapea-mento de temperatura.
Desenvolvimento
H
oje em dia, em uma única pastilha de silício – Si pode-se inserir mi-lhões de circuitos, melhorando a mobilidade e processamento das Inovações Tecnológicas existentes. Estas pastilhas são comumente chamadas de Circuitos Integrados - CI. Analisando-se os dispositivos eletrônicos atuais, é difí-cil encontrar algum que não faça uso de algum CI. Como por exemplo, o micro-processador utilizado em Computadores, Notebooks, Ultrabooks e Smartphones é indispensável a estes equipamentos.O MOSFET – transistor de efeito de campo de metal-óxido-semicondutor – é atualmente um dos dispositivos mais importantes no desenvolvimento de circuitos integrados, pois cada CI pode possuir milhões de transistores. Segun-do Boylestad e Nashelsky (1996), seu tamanho e estabilidade térmica, entre outras características, o tornam ideal para confecção em larga escala, sendo muito utilizado em projetos de computadores e outros aparatos eletrônicos. Contudo, seu manuseio requer conhecimentos de suas características em chaveamentos de alta frequência, diversas polarizações e no comportamento ante os vários níveis de campo elétrico. Assim, seu uso sem as devidas precauções e conhecimento de seu comportamento em situações diversas pode ocasionar fenômenos parasitas que prejudicam seriamente o processamento de seu circuito lógico. E entre estes fenô-menos estão a Indutância e Capacitância Parasitas, que ocasionam atrasos de propagação (delays) e repiques (também conhecido como debounce).
Os delays são o que motivam a troca de computadores e notebooks todos os anos. Já os repiques, que causam comutações indesejadas no período de processamento, são incômodos em chaveamentos que re-querem precisão. Assim, exemplificando: em um placar eletrônico onde uma comuta-ção implica, por exemplo, numa mudança de 0 para 1, seria muito indesejada uma mudança de 0 a 6 (ou 0 a 5). Outros efeitos indesejáveis devido aos repiques também devem ser minimizados em chaveamen-tos que requerem precisão, tais como em equipamentos médicos e fisioterapêuticos. Então, diante da demanda de solu-ções para fenômenos envolvendo o uso de MOSFET e aumento de frequência de processamento cada vez maior em circui-tos lógicos digitais, buscou-se minimizar e entender a Indutância e Capacitância Parasitas em chaveamentos com MOSFET, propondo uma solução viável ao pro-blema a partir da análise dos resultados obtidos e discutindo sua viabilidade.
Referencial Teórico
Segundo Boylestad e Nashelsky (1996), o surgimento do MOSFET culmi-nou em um grande avanço tecnológico por ser fácil sua fabricação, ter alto desem-penho e proporcionar integração em larga escala, isto é, seu tamanho é cerca de vinte vezes menor que o Transistor de Junção Bipolar - TJB, permitindo que um grande número de transistores seja produzido em um mesmo circuito integrado.
Os mesmos autores afirmam que o MOSFET - Metal Oxide Semiconductor
Field-Effect-Transistor (Transistor de Efeito
Aplicando o MOSFET de
forma a reduzir indutâncias
e capacitâncias parasitas em
dispositivos eletrônicos
Este artigo desenvolve a análise do
MOSFET abordando suas principais
características em diversas
situa-ções, propondo modelamentos de
seu comportamento em Circuitos de
primeira e segunda ordem (Circuitos
RL, RC e RLC) e soluções por meio de
equações diferenciais.
Além disso, ele desvenda as
princi-pais causas e natureza do problema
abordado, possibilitando a
preven-ção e meios de evitá-lo.
Tiago Almeida de Oliveira
Mário Marcos de Brito Horta
Arlete Vieira da Silva
Parte
1
de Campo Metal-Óxido-Semicondutor) – pertence a uma classe de dispositivos semicondutores chamada de Transistores. Ele possui três terminais: um terminal de controle chamado Gate (ou Porta), um terminal de entrada chamado de Drain (ou Dreno) e outro terminal de saída cha-mado Source (ou Fonte). E subdivide-se em Tipo Depleção e Tipo Intensificação, tendo cada um destes modos de operação diferentes. E possuem na sua construção o contato metálico do terminal de porta, que é separado do substrato por uma camada isolante de dióxido de Silício SIO2.
Os mesmos autores ressaltam que o MOSFET pode ser dividido em dois tipos: MOSFET tipo Depleção e MOS-FET tipo Intensificação. O segundo tem várias aplicações na Eletrônica onde se exige chaveamento em altas frequências e construção de portas lógicas. Como, por exemplo, microprocessadores utilizados em Notebooks com frequência de 2 GHz (dois bilhões de chaveamento por segun-do) utilizam MOSFETs. A figura 1 mostra múltiplas portas OR e NAND.
Capacitância
De acordo com O’Malley (1994), Ca-pacitância é a medida da capacidade de armazenar cargas nos condutores quando separados por algum dielétrico.
Especificamente, se a diferença de potencial entre os dois condutores é de volts (V) quando existe uma carga positiva de Q coulombs em um condutor e uma carga igual negativa no outro, o capaci-tor possui uma capacitância descrita na equação a seguir.
Parte
1
Aumentando a área das placas ou reduzindo a distância entre elas ou au-mentando a permissividade do dielétrico, tem-se um aumento na capacitância. Já a
permissividade ξ é relativa ao comporta-mento atômico do dielétrico.
A energia armazenada em um ca-pacitor, que pode ser comprovada por cálculos, é dada pela seguinte equação:
Onde C é o símbolo de capacitância.
A unidade SI de capacitância é o
fa-rad (F), unidade esta muito grande para
aplicações práticas, sendo o microfarad (μF) e o picofarad (pF) mais comumente utilizados.
O’Malley (1994) ainda ressaltou que para um capacitor de placas paralelas, a capacitância em farad é representada pela equação a seguir.
Onde A é a área de cada uma das placas em m², d é a distância (em metros) entre as placas, e ξ é a permissividade do dielétrico em farads por metro (F/m).
Onde: WC é em joules, C em farads e V em volts.
F1. Múltiplas portas A) OR e B) NAND.
F2. Passos para análise de Circuitos de Primeira ordem.
Desenvolvimento
Assim, percebe-se que a energia ar-mazenada não depende da corrente no capacitor.
Indutância
Segundo Dorf e Svoboda (2008), a Indutância uma característica intrínseca que cada indutor possui de capacidade de armazenamento de energia em forma de campo magnético. A unidade de medida de indutância em SI é o henry. E pode ser definida pela equação:
Assim, se há qualquer circuito elétrico de primeira ordem contendo capacitor ou indutor, pode-se analisá-lo pelos teoremas de Norton e Thevenin. A figura 2 ilustra estes passos: primeiramente, isola-se o elemento de armazenamento de energia (capacitor ou indutor) e, em seguida, substitui-se o circuito ligado ao capacitor pelo equivalente de Thevenin e o circuito ligado ao indutor pelo equivalente de Norton. Então, se obtém sua resposta natural e ao degrau.
Segundo Nilsson e Riedel (2009), é considerada resposta natural de um circuito de primeira ordem quando as correntes e tensões do circuito se descar-regam em uma rede resistiva por meio da energia armazenada no capacitor ou indutor. Ou seja, o elemento de armaze-namento de energia descarrega a energia potencial armazenada.
Para a resposta natural de um circuito RL, tem-se a seguinte equação de corrente:
Circuitos RLC
O circuito RLC também é conhecido como um circuito de segunda ordem, pois possui dois elementos de armazenamento de energia – o capacitor e o indutor. Além disso, ele pode ser representado por uma equação diferencial de segunda ordem.
Segundo Dorf e Svoboda (2008), a ordem da equação diferencial que repre-senta um circuito é no máximo igual à soma do número de capacitores com o número de indutores. Assim, um circuito de segunda ordem pode conter, por exem-plo, um capacitor e um indutor ou dois capacitores e nenhum indutor.
Este tipo de circuito pode ser repre-sentado pela equação mostrada abaixo:
Assim, através desta fórmula, pode-mos perceber a característica puramente construtiva da indutância.
A energia armazenada em um indutor é dada pela equação a seguir.
Onde N é o número de espiras de um con-dutor, A é área de seção reta do núcleo em m², l é o comprimento da bobina em me-tros e μ é a permeabilidade relativa mag-nética do meio.
Esta energia, que pode ser demons-trada através de cálculos, é a energia armazenada no campo magnético ao redor do indutor. Também, pela fórmula 5, percebe-se que energia armazenada no indutor depende de sua corrente e da indutância do dispositivo e como esta não varia por se tratar de um aspecto puramente construtivo, somente pode se interferir nesta energia pela sua corrente.
Circuitos RL e RC
Segundo Dorf e Svoboda (2008), os cir-cuitos RC e RL de primeira ordem contêm apenas um elemento de energia e são re-presentados por equações diferenciais de primeira ordem. Ou seja, se o circuito tiver apenas um indutor e nenhum capacitor (ou apenas um capacitor e nenhum in-dutor) podem ser representados por uma equação diferencial de primeira ordem.
Onde WL em joules, L em henrys e I em ampères.
E para um circuito RC, tem-se a se-guinte equação de tensão:
Onde Io e Vo são os valores iniciais (em t=0+) de corrente e tensão no Indutor e Capacitor, respectivamente.
Segundo Nilsson e Riedel (2009), denomina-se resposta ao Degrau de um Circuito de Primeira Ordem quando o mesmo é submetido a uma aplicação repentina de uma fonte de tensão ou corrente constante.
Deste modo, tem-se para esta resposta uma equação para corrente em circuito RL e uma equação de tensão para circuitos RC:
A saída do circuito, também chamada de resposta do circuito, pode ser a corren-te ou a corren-tensão de qualquer componencorren-te do circuito. A saída é frequentemente escolhi-da como sendo a corrente em um indutor, ou a tensão em um capacitor. As entradas do circuito podem ser tensões de fontes de tensão independentes e/ou correntes de fontes de corrente independentes. Os coeficientes da equação diferencial recebem nomes especiais: α é chamado de amortecimento e ωo de frequência de ressonância.
De acordo com Dorf e Svoboda (2008), para representar a resposta de um circuito de segunda ordem deve-se:
• Representar o circuito por uma
equação diferencial de segunda ordem.• Obter a solução geral da equação
diferencial homogênea. Esta solu-ção é a resposta natural, xo (t).• Obter uma solução particular da
equação diferencial. Esta solução é a resposta forçada, x1 (t).• Usar as condições iniciais, como
por exemplo, os valores iniciais das correntes nos indutores e das ten-sões nos capacitores, para calcular as constantes da resposta natural.Onde x(t) é a saída do circuito e f(t) é a en-trada do circuito.
